Während meiner Zeit am Max-Planck-Institut für Eisenforschung in Düsseldorf befasste ich mich mit dem Thema "Dreidimensionale Finite-Elemente-Analyse der Dickenreduktion beim Stranggießen" und wurde darüber 2002-12-16 am Fachbereich Maschinenbau der Universität Hannover zum "Dr.-Ing." promoviert. Referenten waren Dieter Besdo, Eckart Doege und Karl-Hermann Tacke.
Die Dissertation wurde 2003 im Shaker Verlag veröffentlicht, lässt sich aber auch über den folgenden Link als PDF-Datei im A5-Format herunterladen.
Mittenseigerungen beeinträchtigen die Produktqualität beim Stranggießen. Dickenreduktion, auch Strangreduktion genannt, vermindert Mittenseigerungen, erhöht aber die Belastungen auf Strang und Gießanlage. Anstellung, Position und Länge der Strangreduktionszone sind daher entscheidend.
Diese Arbeit stellt ein dreidimensionales FEM-Modell mit lagrangescher Betrachtungsweise und sequenzieller thermomechanischer Kopplung für die Strangreduktion vor. Schalenwachstum, ferrostatischer Innendruck, quasisekundäres Kriechen und Rollenkontakt werden berücksichtigt, der flüssige Kern mit temperaturabhängigem Materialverhalten abgebildet. Eine Erweiterung auf instationäre Phänomene und der Einsatz während der Planungsphase von Gießanlagen sind möglich.
Dieses Modell wurde benutzt, um Gießanlagen mit konventioneller Strangreduktion und dem IBSR-Verfahren, bei dem der Strang vor der Dickenreduktion ausbauchen darf, zu analysieren. Die Ergebnisse umfassen Verschiebungen, Dehnungen und Spannungen für den Strang sowie Rollen- und Ausziehkräfte für die Anlage.
Die Spannungen unter den Rollen weisen dabei drei charakteristische Muster auf: "Ferrostatische Abdrücke" oberhalb der Strangreduktionszone, "Schmalseitenabdrücke" in der Strangreduktionszone oberhalb des Sumpfendes und "Breitseitenabdrücke" in der Strangreduktionszone unterhalb des Sumpfendes.
Der Anstieg der Rollenkräfte durch die Strangreduktion ist oberhalb des Sumpfendes gering, unterhalb des Sumpfendes deutlich. Die Rollenkräfte steigen mit der Anstellung der Strangreduktionszone und sinken bei höherer Gießgeschwindigkeit. Eine Verlängerung der Strangreduktionszone ergibt gleichmäßigere Rollenkräfte.